(57)【要約】【課題】情報信号を高効率に検出して検査感度の低下を防止し、安定した検査結果が得られる電子ビームを用いた検査装置を提供する。【解決手段】電子ビームを試料へ照射して得られる情報信号から画像を生成して試料の欠陥を検出する検査装置であって、電子ビームを試料の直前で減速させるために試料に印加されるリターディング電圧の負電圧を正側または負側へ増加する場合に、収束レンズと対物レンズの励磁を大きくまたは小さくするように制御するレンズ制御手段を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを収束させる収束レンズと、前記電子ビームを試料に収束させる対物レンズと、前記電子ビームを減速させる負電圧を前記試料へ印加する減速電圧印加手段と、前記対物レンズより前記電子銃側に配置され前記試料から発生する情報信号の衝突によって二次電子を発生する電極と、該電極の近傍に設けられ該電極から発生した二次電子を検出する検出器と、該検出器で検出された信号から生成された画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された画像信号に基づいて前記試料の欠陥を検出する欠陥検出部と、前記減速電圧印加手段により前記試料へ印加される負電圧を正側へまたは負側へ増加する場合に、前記収束レンズと前記対物レンズの励磁を大きくまたは小さくするように制御するレンズ制御手段とを備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記レンズ制御手段は、前記試料から発生する情報信号の広がりを抑制するように前記試料に印加される負電圧と連動して前記収束レンズと前記対物レンズの励磁が制御されることを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造過程における半導体ウエハ上の回路等のパターンの検査や、半導体ウエハや液晶パネルのパターンを露光するときに用いられるマスクのパターンの検査等に用いられる電子ビームを用いた検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームを用いた検査装置は、半導体ウエハ等の試料上のどこに欠陥があるかを、画像比較を用いて全領域をくまなく検査するものである。この検査装置のうち、試料から発生した二次電子を対物レンズ上部で検出するＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）方式を採用したものが知られている。これは、分解能を向上させるためであって、対物レンズと試料との距離を短くする、つまり焦点距離を短くして電子ビームの収差を低減させている。しかし、このＴＴＬ方式の場合、その構造から、試料から発生した情報信号（例えば二次電子）が対物レンズを通過してからこれを検出する構成にせざるをえない。そこで、対物レンズとほぼ同じか上方に直交電磁界偏向器と情報信号を衝突させて二次情報（例えば二次電子）を発生させる電極を設け、情報信号のほとんどを検出器で検出できるようにした検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、半導体ウエハやマスクに形成されたパターンは形状や太さが様々であるので、試料毎に、一次電子ビームを試料の直前で減速させるために試料に印加されるリターディング電圧の値などの検査条件を変えて、所望の画像が得られるようにする必要がある。情報信号である二次電子は、対物レンズを通過するために一旦収束し、それ以降は大きく広がって、電子源側、すなわち上方に進行する。したがって、リターディング電圧を変えることが二次電子の軌跡に影響を与え、二次電子の検出効率が大きく影響され、十分な画像が得られないという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２９４３４５号公報（第１２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ＴＴＬ方式を採用したウエハ検査装置では、リターディング電圧を変えることが二次電子の軌跡に影響を与え、二次電子の検出効率が大きく影響され、十分な画像が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し、情報信号を高効率に検出して検査感度の低下を防止し、安定した検査結果が得られる電子ビームを用いた検査装置および検査方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の実施態様は、リターディング電圧を正側へまたは負側へ増加する場合に、収束レンズと対物レンズの励磁を大きくまたは小さくするように制御するレンズ制御手段を備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は電子ビームを用いた検査装置の構成の概略を示す縦断面図であり、各構成機器は真空容器に格納されているが、図では真空容器は省略している。電子銃１は電子源２，引出電極３および加速電極４から構成される。電子源２と引出電極３の間には引出電圧Ｖ１が引出電源５によって印加され、これにより電子源２からは一次電子ビーム３６が引き出される。加速電極４はアース電位に維持され、加速電極４と電子源２との間には加速電圧Ｖａｃｃが加速電源６によって印加される。したがって一次電子ビーム３６にはこの加速電圧Ｖａｃｃによって加速される。加速された一次電子ビーム３６は、絞り１５によって不要な領域を除去され、レンズ電源７に接続された収束レンズ８および収束レンズ３４によって、該収束レンズ８とレンズ電源７に接続された収束レンズである対物レンズ９との間にクロスオーバ１０ａ，１０ｂが生じるように収束され、更に対物レンズ９によって、ステージ駆動装置（図示せず）および位置モニタ用測定装置１１により、少なくとも水平移動可能な試料ステージ１２上の半導体ウエハ等の試料１３に収束される。すなわち、試料１３は収束された一次電子ビーム３６によって照射され、偏向器１６によって走査される。図示していないが、以上の構成が電子ビームを照射するのに適した真空容器内に収納される。
【０００９】
一次電子ビーム３６のクロスオーバ１０ａが形成される位置で偏向してブランキングされるよう、走査信号発生装置２４に接続されたブランキング偏向器１７を配置する。ブランキング時に一次電子ビーム３６をクロスオーバ１０ａを支点として偏向させて、試料１３上の一次電子ビーム３６の照射位置が変化しないようにして、走査領域外が照射されないようにしている。この方法を用いて、試料１３の一次電子ビーム３６による照射を時間的、空間的に均一にするために、各走査の帰線期間中はブランキング偏向器１７によって一次電子ビーム３６をブランキングする。
【００１０】
試料１３には一次電子ビーム３６を減速させるリターディング電圧として負の電圧が可変減速電源１４によって印加される。リターディング電圧は可変減速電源１４を調整することによって任意に変えることができる。例えば、試料１３の種類に応じて適した値に調整することができる。
【００１１】
試料１３の高さは光学式試料高さ測定装置２２によってリアルタイムで測定され、その測定結果は補正制御回路２３からレンズ電源７にフィードバックされて、対物レンズ９の焦点がダイナミックに補正される。また、一次電子ビーム３６の照射位置は位置モニタ用測定装置１１によって検出され、その結果が補正制御回路２３から走査信号発生装置２４にフィードバックされて、一次電子ビーム３６の照射位置が制御される。
【００１２】
試料１３が収束された一次電子ビーム３６で照射され、偏向器１６で走査されると、試料１３から荷電粒子である２次電子および反射電子の情報信号３３が発生する。試料１３を照射する一次電子ビーム３６に対するリターディング電圧は、発生した情報信号３３に対しては加速電圧として作用し、対物レンズ９の上部（電子銃側）に情報信号３３を輸送することができる。対物レンズ上部には直交電磁界発生器１８が配置されており、各々の電界と磁界の強さは、一次電子ビーム３６に対しては偏向作用を打ち消しあい、対物レンズ９上部に輸送された情報信号３３に対しては電極１９に衝突ないし照射するよう偏向作用を発生するように制御される。このとき電極１９は情報信号３３の衝突により、その衝突した量に応じた二次電子２０が発生する物質で構成される。電極１９から発生した二次電子２０は検出器２１によって検出され、電気信号に変換される。検出器２１は二次電子２０を吸引する電界を発生させるようにしておくとよい。
【００１３】
検出器２１によって検出された二次電子２０の電気信号は、増幅回路２５により増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６によりデジタル化される。デジタル化された信号は画像信号として記憶部２７および２８に記憶される。具体的には、まず第一の検査領域の二次電子画像信号を記憶部２７に記憶する。次いで隣接する同一回路パターンの第二の検査領域の二次電子画像信号を記憶部２８に記憶しながら同時に記憶部２７の第一の検査領域の二次電子画像信号と比較する。更に、第三の検査領域の二次電子画像信号は記憶部２７に上書きされ、同時に記憶部２８の第二の検査領域と比較する。これの繰り返しにより、すべての検査領域について画像信号の記憶および比較を実行する。なお、記憶部２８に記憶された画像信号はモニタ３２に表示される。
【００１４】
画像比較は演算部２９および欠陥判定部３０において行われる。すなわち記憶部２７および２８に記憶された二次電子画像信号については、すでに求めてある欠陥判定条件に基づき、演算部２９で各種統計量、具体的には画像濃度値の平均，分散等の統計量，周辺画素間の差分値，ラングレス統計量，共起行列等を算出する。これらの処理が実行された後、その処理が施された画像信号は欠陥判定部３０に転送され、比較されて差分信号が抽出され、すでに求めて記憶してある欠陥判定条件を参照して欠陥信号とそれ以外の信号に分離される。
【００１５】
また、予め標準となる回路パターンの検査領域の二次電子画像信号を記憶部２７に記憶しておき、試料１３の回路パターンの検査領域の二次電子画像信号を記憶部２８に記憶しながら、記憶部２７の記憶画像信号と比較するようにしてもよい。
【００１６】
検査装置各部に対する動作命令および条件設定は制御部３１から行われる。したがって制御部３１には加速電圧，電子ビームの偏向幅（走査幅）および偏向速度（走査速度）、試料ステージの移動速度，検出器の出力信号取り込みタイミング等の条件が予め入力されている。
【００１７】
情報信号を検出器方向へ偏向して検出する場合、リターディング電圧を変えても同じ偏向量を保持する必要がある。それにはリターディング電圧が大きい、つまり情報信号の加速エネルギーが大きいほど、直交電磁界偏向器で発生させる磁界と電界を強くしなければならない。しかし直交電磁界偏向器では、発生させる電界・磁界の強さが強いほど一次電子ビームの収差が増大する傾向にある。情報信号の加速エネルギ−が高くなれば必然的に直交電磁界偏向器で発生させる電界，磁界を強くする必要があるため、収差が増大して分解能に与える影響が無視できなくなる。
【００１８】
図２は、図１の一部分の構成を示す縦断面図であって、対物レンズ９の周辺部の詳細を示している。試料１３から発生した情報信号３３は対物レンズ９上部（電子銃側）に輸送される際に、一旦、対物レンズ９によって収束され、その後は広がって進行する。このとき情報信号３３の収束点は、図２の３７ａと３７ｂに示すように、試料１３に印加されるリターディング電圧の大小によって収束位置が変化する。例えばリターディング電圧が−９．５ｋＶ  の場合は、情報信号３３は収束点３７ａに収束し、電極１９を照射するようにできる。しかし、リターディング電圧を−７．０ｋＶ  に変化させた場合は、収束点が試料側に移動して収束点３７ｂに収束する。この場合には、図２の破線に示すような、情報信号がより大きい範囲に広がったものになり、情報信号３３のすべては電極１９に照射されなくなる。その結果、電極１９からの二次信号２０を検出器２１で検出して作成された画像信号は、電子ビームで照射された試料１３の情報の一部が欠落したものとなり、情報信号を正しく反映させた画像を形成することができない。これが二次信号２０の検出効率が大きく変化する原因となる。
【００１９】
そこで、リターディング電圧を可変させても、情報信号３３の欠落を防いで、検出量の変化が実質的に無くなるように、電極１９の形状を情報信号３３の軌道の大部分を遮るように配置させる必要がある。
【００２０】
図３は、図２と同じく図１の一部分の構成を示す縦断面図であって、電極１９の形状を電子ビームの光軸３８を挟んで位置する形状とした例である。収束点３７ａの位置が収束点３７ｂに変化しても、情報信号３３のほぼ全てを電極１９に照射させることができる。この場合に、電極１９の配置の仕方によって、直交電磁界偏向器１８での情報信号３３の偏向量を少なくできるので、直交電磁界偏向器１８で発生させる電界・磁界を弱くでき、その結果、収差を無視できる程度に小さくできるという効果がある。
【００２１】
しかしながら、図３に示した電極１９の形状，配置は、二次信号２０を検出器２１で検出して作成された画像を見ながら最適値を見つけなければならず、手間がかかってしまう。そこで、リターディング電圧を変化させたときに、情報信号３３の収束点の位置を変化させないようにすれば、電極１９の形状，配置が容易に設定できる。
【００２２】
図４は、図２と同じく図１の一部分の構成を示す縦断面図である。例えば、加速電圧Ｖａｃｃを１０ｋＶとしたときのリターディング電圧を−９．５ｋＶ  から−７．０ｋＶ  に変化させた場合の制御方法の例を、以下、説明する。
【００２３】
リターディング電圧−９．５ｋＶ  のときの一次電子ビーム３６と情報信号３３の光路を実線で、そのときにリターディング電圧のみ−７．０ｋＶ  に変化させた場合の情報信号３３の光路を破線で示す。その後、収束レンズ３４の条件を変化させた場合の一次電子ビーム３６の光路を一点鎖線で示す。リターディング電圧−９．５ｋＶ  のとき、一次電子ビーム３６の収束点を４０ａとし、この条件のときの試料１３から発生する情報信号３３の収束点を３７ａとする。リターディング電圧を−７．０ｋＶ  に変化させると、情報信号３３は実線から破線のように変化してその収束点は３７ａから試料側の３７ｂに移動する。試料１３からこの収束点３７ｂまでの距離をＸとする。情報信号３３は大きく広がって電子銃側へ進行する。
【００２４】
ここで、リターディング電圧を正側へ変化させるときに、図中で一点鎖線で示すように、一次電子ビーム３６の収束点４０ａが電子銃側の収束点４０ｂに移動するように、レンズ電源７を制御して収束レンズ３４の励磁強度を強励磁側に変化させる。そして、一次電子ビーム３６が試料１３に収束するように、対物レンズ９の励磁強度を強励磁側に変化させる。反対に、試料１３から発生した情報信号３３の収束点は、情報信号３３に対して弱励磁側の方向に変化した対物レンズ９によって、収束点３７ｂから電子銃側の収束点３７ａ付近に収束するようになる。したがって、リターディング電圧の変化の前後で、情報信号の収束位置が変化しないので、直交電磁界偏向器で発生させる電界，磁界を強くする必要がなく、収差の増大を防止できるとともに、情報信号の検出量が減少することがないので、試料１３の情報をもれなく画像化することができる。反対に、リターディング電圧を負側へ変化させるときには、上述とは逆が成り立つように、収束レンズ３４の励磁強度を弱励磁側に変化させるようにすればよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、情報信号を高効率に検出して検査感度の低下を防止し、安定した検査結果が得られる電子ビームを用いた検査装置および検査方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビームを用いた検査装置の概略を示す縦断面図。
【図２】図１の一部分の構成を示す縦断面図。
【図３】図１の一部分の構成を示す縦断面図。
【図４】図１の一部分の構成を示し、電子ビームの収束点を説明する縦断面図。
【符号の説明】
１…電子銃、２…電子源、３…引出電極、４…加速電極、５…引出電源、６…加速電源、７…レンズ電源、８…収束レンズ、９…対物レンズ、１１…位置モニタ用測定装置、１２…試料ステージ、１３…試料、１４…可変減速電源、１５…絞り、１６…偏向器、１７…ブランキング偏向器、１８…直交電磁界偏向器、１９…電極、２０…二次信号、２１，３９…検出器、２２…光学式試料高さ測定装置、２３…補正制御回路、２４…走査信号発生装置、２５…増幅回路、２６…Ａ／Ｄ変換器、２７，２８…記憶部、２９…演算部、３０…欠陥判定部、３１…制御部、３２…モニタ、３３…情報信号、３４…収束レンズ、３５…ブランキング電源、３６…一次電子ビーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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